TWI412855B - 液晶顯示裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Description

液晶顯示裝置及其驅動方法
本發明關於一種可有效降低耗電量的液晶顯示裝置及其驅動方法。
圖1為一種習知反射式薄膜電晶體液晶顯示器(reflective type TFT LCD)的示意圖。如圖1所示，於該反射式薄膜電晶體液晶顯示器100中，利用包含第一金屬層(first metal layer)M1及第二金屬層(second metal layer)M2的堆疊結構可形成薄膜電晶體T及儲存電容Cst。設置於陣列基板102一側的反射板104可反射環境光I1，達到省電的目的。圖2為一種習知半透式薄膜電晶體液晶顯示器(transflective type TFT LCD)的示意圖。如圖2所示，於該半透式薄膜電晶體液晶顯示器200中，每一畫素區域同時具有穿透區與反射區，反射區由設置於陣列基板202一側的反射板204所構成。當外在環境光線較弱時，背光I2可經由穿透區穿透出；當外在環境光線較強時，可關閉背光I2並讓環境光I1經由反射區反射出，達到省電的目的。
然而，上述這些習知設計均未提到儲存電容Cst的尺寸設計及搭配的驅動方式以節省消耗功率。
本發明提供一種可有效降低耗電量的液晶顯示裝置及其驅動方法。
依本發明一實施例之設計，一種液晶顯示裝置包含複數個畫素單元。各個畫素單元包含一第一電晶體、一第二電晶體、一反射板及一儲存電容。第一及第二電晶體的通道寬長比均大於12/5，反射板設置於鄰近電晶體位置處以反射環境光，儲存電容的形成位置疊合反射板，且儲存電容的電容量大於1pF。
依本發明另一實施例之設計，一種液晶顯示裝置驅動方法包含如下步驟：將同一驅動畫面區分為一驅動區間及一非驅動區間，非驅動區間大於驅動區間，且於驅動區間一次驅動整個畫面，其中於非驅動區間時共用電壓及源極電壓均為直流電壓，且閘極電壓低於共用電壓及源極電壓；量測於非驅動區間時受饋穿效應及漏電流影響的壓降值；及依據壓降值調整一源極輸入訊號的電壓值。
於一實施例中，於該非驅動區間時，共用電壓及源極電壓均為0V，且資料線的電壓為0V-5V。
於一實施例中，驅動液晶顯示裝置的一驅動波形的畫面更新率不大於1Hz。
於一實施例中，第N個畫面的低準位閘極驅動電壓的絕對值小於第(N+1)個畫面時的低準位閘極驅動電壓絕對值，且第(N+1)個畫面的高準位閘極驅動電壓絕對值小於第N個畫面的高準位閘極驅動電壓絕對值。
基於上述各個實施例之設計，因於非驅動區間源極與共用電極不秏電，且資料線電壓及畫面更新率低，而可大幅降低秏電。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖3為依本發明一實施例的反射式薄膜電晶體液晶顯示器示意圖。如圖3所示，反射式薄膜電晶體液晶顯示器10的每一畫素單元包含二個薄膜電晶體(TFT)T1、T2及一個儲存電容Cst。薄膜電晶體T1、T2及儲存電容Cst由包含第一金屬層(first metal layer)M1及第二金屬層(second metal layer)M2的堆疊結構所構成。反射板14形成於陣列基板12的一側並鄰近薄膜電晶體T1、T2以反射環境光I1，反射板14例如可由鋁材等高反射率材質所構成，且儲存電容Cst的形成位置與反射板14重合以提高開口率。請同時參照圖4的等效電路圖，在反射板14的覆蓋下，儲存電容Cst的面積可儘量增加。舉例而言，圖1之習知設計中的儲存電容電容量約為0.2pF，本實施例的儲存電容Cst面積可增加至25倍，使電容量提高到5pf，以有效減少饋穿(feedthrough)效應並降低漏電電壓。另外，本實施例的兩個TFT的通道寬長比(電晶體通道寬度對通道長度的比值)W/L可設計為W/L=200/5，較一般的TFT通道寬長比W/L=16/5約大12倍，以增加充電電流。依本實施例之設計，如圖5所示，畫素電壓Vp可確保充電至5V，且串連兩個TFT元件T1、T2可減少漏電電流。搭配上述架構的驅動掃描方式如圖6所示，t1區間為1/60秒，t2區間為[1-(1/60)]秒，於t2區間時將閘極電壓保持在-10V，且共用電壓Vcom及源極電壓Vs均為0V，所以源極與共用電極不秏電，故此階段功耗變小而可大幅降低驅動耗電量。因此，依本實施例之設計，同一個驅動畫面(frame)可分成驅動區間(t1)與非驅動區間(t2)兩個部分，於驅動區間(t1)時一次驅動整個畫面，且於非驅動區間(t2)時共用電壓Vcom及源極電壓Vs為直流電壓，且閘極電壓Vg比共用電壓Vcom及源極電壓Vs低，如此於驅動區間(t1)時為一般耗電，但時間很短，於非驅動區間(t2)時則因源極與共用電極不秏電且資料線電壓為0V而大幅降低秏電。
圖7為依本發明一實施例的半透式薄膜電晶體液晶顯示器示意圖。如圖7所示，半透式薄膜電晶體液晶顯示器20的每一畫素具有二個薄膜電晶體T1、T2及一個儲存電容Cst。薄膜電晶體T1、T2及儲存電容Cst由包含第一金屬層(first metal layer)M1及第二金屬層(second metal layer)M2的堆疊結構所構成。反射板24形成於陣列基板22的反射區以反射環境光I1，且陣列基板22的部分區域形成為容許背光I2直接透過的穿透區。反射板24例如可由鋁材等高反射率材質所構成。同樣地，在反射板24的覆蓋下，儲存電容Cst的面積可儘量增加。舉例而言，圖1之習知設計中的儲存電容電容量約為0.2pF，本實施例的儲存電容Cst面積可增加至25倍，使電容量提高到5pf，有效減少饋穿(feedthrough)效應並降低漏電電壓。另外，本實施例的兩個TFT的通道寬長比可設計為W/L=200/5，較一般的TFT通道寬長比W/L=16/5約大12倍，以增加充電電流。同樣如圖5所示，畫素電壓Vp可確保充電至5V，而串連兩個TFT元件T1、T2可減少漏電電流。再者，搭配該半透架構的驅動掃描方式如圖8所示，t1的時間為1/60秒且t2為[1-(1/60)]秒，同一個驅動畫面可分成驅動區間(t1)與非驅動區間(t2)兩個部分，於驅動區間(t1)時一次驅動整個畫面，於非驅動區間(t2)時共用電壓Vcom及源極電壓Vs均為0V的直流電壓，且閘極電壓Vg比共用電壓Vcom及源極電壓Vs低，如此非驅動區間(t2)因源極與共用電極不秏電且資料線電壓為0V而大幅降低秏電。另外，因非驅動區間(t2)遠較驅動區間(t1)長，受饋穿效應及漏電流影響會有ΔV=0.3V的壓降，如圖8或圖9之放大說明圖所示，可將原本源極輸入的5V與0V的源極電壓Vs訊號，改為輸入5.3V的訊號，如此在非驅動區間(t2)的時間內，有效電壓會由5.3V下降到5V，於非驅動區間(t2)時閘極電壓保持在-5V，且共用電壓Vcom及源極電壓Vs均為0V，所以源極與共用電極不秏電。
再者，如圖10的數據曲線可看出，當儲存電容Cst越大時漏電現象越輕微，因此上述實施例的儲存電容Cst的電容量範圍為大於1pF較佳，且當TFT的元件尺寸越大越容易在有限時間充飽儲存電容Cst，所以TFT通道寬長比W/L的一較佳範圍為W/L>12/5。另外，因驅動波形的畫面更新率(frame rate)會因儲存電容Cst的面積增加而減少，依上述實施例之設計其驅動波形的畫面更新率可降低至1Hz，使得整個顯示器的耗電降低。
圖11為應用於本發明一實施例的一TFT元件特性圖，如圖11所示，其中Vgs代表該TFT閘極與源極間的電壓，該TFT元件特性為Vgs=10V開啟且Vgs=-5V關閉，所以如圖12及圖13所示，於第N個畫面(frame)時，因Vgs=-5V就可以關閉元件且資料線電壓都落在0V-5V之間，所以掃描線G0-Gn的低準位閘極驅動電壓Vgl可設成-5V，高準位閘極驅動電壓Vgh可設成+15V；於第(N+1)個畫面時因Vgs=-5V就可以關閉元件且資料線電壓都落在-5V-0V之間，所以掃描線G0-Gn的低準位閘極驅動電壓Vgl可設成-10V且高準位閘極驅動電壓Vgh可設成+10V，因第N個畫面的Vgl可設為-5V相較於第(N+1)個畫面時的-10V靠近0V，且第(N+1)個畫面的Vgh可設為10V相較於第N個畫面時的+15V靠近0V，故可以降低功率消耗(P=I*V，電壓V絕對值減少則功率P降低)。
圖14為應用於本發明一實施例的另一TFT元件特性圖，如圖14所示，該TFT元件特性為Vgs=10V開啟且Vgs=0V關閉，所以如圖15及16所示，於第N個畫面時，因Vgs=0V就可以關閉元件且資料線電壓都落在0V-5V之間，所以掃描線G0-Gn的低準位閘極驅動電壓Vgl可設成0V，高準位閘極驅動電壓Vgh可設成+15V，於第(N+1)個畫面時，因Vgs=0V就可以關閉元件且資料線電壓都落在-5V-0V之間，所以掃描線G0-Gn的低準位閘極驅動電壓Vgl可設成-5V且Vgh可設成+10V，因第N個畫面的Vgl可設為0V相較於第(N+1)個畫面時的-5V靠近0V，且第(N+1)個畫面的Vgh可設為10V相較於第N個畫面時的+15V靠近0V，故可以降低功率消耗。
圖17為應用於本發明一實施例的另一TFT元件特性圖，如圖17所示，該TFT元件特性為Vgs=15V開啟且Vgs=+5V關閉，所以如圖18及19所示，於第N個畫面時，因Vgs=5V就可以關閉元件且資料線電壓都落在0V-5V之間，所以掃描線G0-Gn的低準位閘極驅動電壓Vgl可設成0V且高準位閘極驅動電壓Vgh可設成+20V，於第(N+1)個畫面時，因Vgs為+5V就可以關閉元件且資料線電壓都落在-5V-0V之間，所以掃描線G0-Gn的低準位閘極驅動電壓Vgl可設成0V且高準位閘極驅動電壓Vgh可設成+15V，因第N個畫面與第(N+1)個畫面的Vgl可設為0V，故可以降低功率消耗。
由上述各個不同實施例可知，本發明的驅動方法於搭配不同元件特性的TFT時均能獲得降低功率消耗的效果。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
10．．．反射式薄膜電晶體液晶顯示器
12．．．陣列基板
14．．．反射板
20．．．半透式薄膜電晶體液晶顯示器
22．．．陣列基板
24．．．反射板
100．．．反射式薄膜電晶體液晶顯示器
102．．．陣列基板
104．．．反射板
200．．．半透式薄膜電晶體液晶顯示器
202．．．陣列基板
204．．．反射板
Cst．．．儲存電容
Clc．．．液晶電容
I1．．．環境光
I2．．．背光
G0-Gn．．．掃描線
M1．．．第一金屬層
M2．．．第二金屬層
T、T1、T2．．．薄膜電晶體
t1．．．驅動區間
t2．．．非驅動區間
Vcom．．．共用電壓
Vg．．．閘極電壓
Vs．．．源極電壓
Vp．．．畫素電壓
Vgl．．．低準位閘極驅動電壓
Vgh．．．高準位閘極驅動電壓
Vgs．．．TFT閘極與源極間電壓
圖1為一種習知反射式薄膜電晶體液晶顯示器的示意圖。
圖2為一種習知半透式薄膜電晶體液晶顯示器的示意圖。
圖3為依本發明一實施例的反射式薄膜電晶體液晶顯示器示意圖。
圖4為依本發明一實施例的薄膜電晶體液晶顯示器等效電路圖。
圖5及圖6為依本發明一實施例的薄膜電晶體液晶顯示器驅動波形圖。
圖7為依本發明一實施例的半透式薄膜電晶體液晶顯示器示意圖。
圖8及圖9為依本發明另一實施例的薄膜電晶體液晶顯示器驅動波形圖。
圖10為依本發明不同實施例的儲存電容與壓降關係圖。
圖11為應用於本發明一實施例的TFT元件特性圖，圖12及圖13為搭配該TFT元件的驅動波形圖。
圖14為應用於本發明一實施例的另一TFT元件特性圖，圖15及圖16為搭配該TFT元件的驅動波形圖。
圖17為應用於本發明一實施例的另一TFT元件特性圖，圖18及圖19為搭配該TFT元件的驅動波形圖。
10．．．反射式薄膜電晶體液晶顯示器
12．．．陣列基板
14．．．反射板
Cst．．．儲存電容
I1．．．環境光
M1．．．第一金屬層
M2．．．第二金屬層
T1、T2．．．薄膜電晶體

Claims (7)

  1. 一種液晶顯示裝置驅動方法，該液晶顯示裝置具有複數個畫素單元，各該畫素單元包含一第一電晶體、一第二電晶體及一儲存電容，其中該第一及該第二電晶體的通道寬長比均大於12/5，且該儲存電容的電容量大於1pF，該驅動方法包含如下步驟：將同一驅動畫面區分為一驅動區間及一非驅動區間，該非驅動區間大於該驅動區間，且於該驅動區間一次驅動整個畫面，其中於該非驅動區間時共用電壓及源極電壓均為直流電壓，且閘極電壓低於該共用電壓及該源極電壓；量測於該非驅動區間時受饋穿效應及漏電流影響的壓降值；及依據該壓降值調整一源極輸入訊號的電壓值。
  2. 如請求項1所述之液晶顯示裝置驅動方法，其中於該非驅動區間時，該共用電壓及該源極電壓均為0V。
  3. 如請求項1所述之液晶顯示裝置驅動方法，其中該液晶顯示裝置具有複數資料線，且該些資料線的電壓為0V-5V。
  4. 如請求項3所述之液晶顯示裝置驅動方法，其中該些資料線於該非驅動區間的電壓為0V。
  5. 一種液晶顯示裝置驅動方法，該液晶顯示裝置具有複數個畫素單元，各該畫素單元包含一第一電晶體、一第二電晶體及一儲存電容，其中該第一及該第二電晶體的通道寬長比均大於12/5，且該儲存電容的電容量大於1pF，該驅動方法包含如下步驟：將同一驅動畫面區分為一驅動區間及一非驅動區間，該非驅動區 間大於該驅動區間，且於該驅動區間一次驅動整個畫面，其中於該非驅動區間時共用電壓及源極電壓均為直流電壓，且閘極電壓低於該共用電壓及該源極電壓，其中驅動該液晶顯示裝置的一驅動波形的畫面更新率不大於1Hz。
  6. 一種液晶顯示裝置驅動方法，該液晶顯示裝置具有複數個畫素單元，各該畫素單元包含一第一電晶體、一第二電晶體及一儲存電容，其中該第一及該第二電晶體的通道寬長比均大於12/5，且該儲存電容的電容量大於1pF，該驅動方法包含如下步驟：將同一驅動畫面區分為一驅動區間及一非驅動區間，該非驅動區間大於該驅動區間，且於該驅動區間一次驅動整個畫面，其中於該非驅動區間時共用電壓及源極電壓均為直流電壓，且閘極電壓低於該共用電壓及該源極電壓，其中第N個畫面的低準位閘極驅動電壓的絕對值小於第(N+1)個畫面時的低準位閘極驅動電壓絕對值，且第(N+1)個畫面的高準位閘極驅動電壓絕對值小於第N個畫面的高準位閘極驅動電壓絕對值。
  7. 一種液晶顯示裝置驅動方法，該液晶顯示裝置具有複數個畫素單元，各該畫素單元包含一第一電晶體、一第二電晶體及一儲存電容，其中該第一及該第二電晶體的通道寬長比均大於12/5，且該儲存電容的電容量大於1pF，該驅動方法包含如下步驟：將同一驅動畫面區分為一驅動區間及一非驅動區間，該非驅動區間大於該驅動區間，且於該驅動區間一次驅動整個畫面，其中於該非驅動區間時共用電壓及源極電壓均為直流電壓，且閘極電壓低於該共用電壓及該源極電壓，其中該第N個畫面與第(N+1)個畫面的低準 位閘極驅動電壓相同。
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